【導讀】機電及金屬結(jié)構(gòu)......

　　

【正文】 區(qū)域內(nèi)效率也更好。綜合比較， HLA551C 比 HL240 轉(zhuǎn)輪更適合本電站。因此，本階段推薦 HLA551C型水輪機。 (2)機組臺數(shù)比較 本電站裝機容量為 51MW，電站裝機不大；且本 電站上、下游梯級均為兩臺機方案，為了更好的跟上下游梯級電站運行調(diào)度同步，本階段推薦兩臺機方案。 (3) 水輪機主要參數(shù) 26 西華 大學畢業(yè)設計說明書 水輪機型號： HLA551CLJ360 額定出力： 轉(zhuǎn)輪直徑： 額定轉(zhuǎn)速： 額定流量： 額定點效率： 93% 最高效率： 94% 吸出高度： + 比轉(zhuǎn)速： (4)水輪機安裝高程 水輪機額定出力為 時 ,在額定水頭下運行，發(fā) 50%額定出力時相應的下游尾水位為 ，吸出高度為 +，在此工況下機組的空蝕性能最差。水輪機安裝高程按此確定為 。 水輪機附屬設備 （ 1）調(diào)速器 型號 : 主配壓閥直徑 : 80mm 操作油壓 : (2) 油壓裝置 型號 : 壓力油槽容積 : 額定工作油壓 : 主廠房起重設備 主廠房吊運最重件為發(fā)電機轉(zhuǎn)子帶軸 ,約重 130t。選用 QD150T/32T 型橋式起重機一臺 ,額定起重量： 150t,跨度： 18m； 起升高度：主鉤 20m,副鉤 30m；起升速度 :主鉤 ~, 副鉤 ~, 運行速度：大車 25m/min、小車 15m/min。 27 西華 大學畢業(yè)設計說明書 機修設備及機修廠 由于火谷電站交通方便，設備可就近維護加工。且電站裝機 2 臺，水輪機轉(zhuǎn)輪直徑 ，因此只考慮設 備的日常維護，不設專用的機修間。 水力機械主要設備布置 電站機組為豎軸布置，主廠房為地面式廠房，根據(jù)水輪發(fā)電機組的流道尺寸，兼顧調(diào)速器、油壓裝置的布置，機組間距為 18m。 廠房寬度考慮發(fā)電機定子、轉(zhuǎn)子、發(fā)電機上機架、轉(zhuǎn)輪的吊運以及上、下游所必須的維護通道，機組 X 軸線距上游邊墻的距離為 ，距下游邊墻的距離為 。 安裝場位于主廠房的左側(cè)（面向上游），與進廠公路相連。為能滿足一臺機組擴大性大修的要求，安裝場長 25m，寬 18m，安裝和檢修時場內(nèi)可放置水輪機轉(zhuǎn)輪、發(fā)電機上機架 、發(fā)電機轉(zhuǎn)子、水輪機頂蓋等部件。安裝場與發(fā)電機層同高程（ ? ）。 發(fā)電機層地面至起重機軌道頂部的高度為 ，滿足發(fā)電機吊運轉(zhuǎn)子的要求。主廠房共分 3 層，發(fā)電機層（ ? ）、水輪機層（ ? ）、蝸殼層（ ? ）。 調(diào)速器機柜、油壓裝置布置在發(fā)電機層；排水泵室、空壓機室置在水輪機層，位于安裝間下面。 金屬結(jié)構(gòu) 火谷電站工程為壩后式電站，本階段根據(jù)樞紐布置方案，進行了上下壩線、及不同機組臺數(shù)的方案比較，對各方案金屬結(jié)構(gòu)設備布置、閘門及啟閉機型式進行了選定，推薦方案為上壩線、正常蓄水位 、混流式機組、裝機容量 2。 推薦方案的金屬結(jié)構(gòu)部分由攔河壩（泄洪、沖砂）系統(tǒng)、引水發(fā)電系統(tǒng)及導流系統(tǒng)組成。攔河壩（泄洪、沖砂）系統(tǒng)設有泄洪閘檢修閘門、泄洪閘工作閘門、沖砂閘事故檢修閘門、沖砂閘工作閘門，引水發(fā)電系統(tǒng)設有進口攔污柵、進口檢修門、進口快速門、廠房尾水檢修門。導流系統(tǒng)設有導流洞封堵門 。本工程共設 28 西華 大學畢業(yè)設計說明書 置閘門 13 扇，攔污柵 4 扇，門（柵）槽 21 套。啟閉設備有液壓啟閉機 7 臺，雙向門機 1 臺，移動式臺車 1 臺。金屬結(jié)構(gòu)總工程量 噸，其中閘門、攔污柵及其埋設件重量為 噸，啟閉設備重量為 噸，軌道及附件重 噸。推薦方案各項金屬結(jié)構(gòu)設備規(guī)格和工程量詳見附表。 本階段設計依據(jù)《水利水電工程鋼閘門設計規(guī)范》（ SL7495）、《水利水電工程啟閉機設計規(guī)范》（ SL4193）和《水利水電工程可行性研究報告編制規(guī)程》（ DL502193）。 本工程金屬結(jié)構(gòu)件主要材料為碳素結(jié)構(gòu)鋼、低合 金結(jié)構(gòu)鋼及鑄造碳鋼；止水裝置為定型橡膠（橡塑）件；門葉的防腐采用金屬熱噴涂保護，門槽埋件和啟閉機的防腐采用涂料保護。 29 西華 大學畢業(yè)設計說明書 30 西華 大學畢業(yè)設計說明書 4 工程等別及防洪標準 工程等別及建筑物級別 火谷水電站工程主要任務是發(fā)電，其正常蓄水位為 ，總庫容為 億m3，總裝機為 51MW，根據(jù)《水利水電工程等級劃分及洪水標準》 SL2522021 之規(guī)定，本工程為Ⅲ等中型工程。 主要建筑物如大壩、表孔泄洪閘、沖砂底孔、主廠房、副廠房、尾水渠及升壓站等永久建筑物按 3 級設計，次要建筑物如護坡護岸、導 水墻等按 4 級建筑物設計；臨時建筑物按 5 級設計。 洪水標準 根據(jù)《防洪標準》 GB5020194，確定本電站 3 級建筑物設計洪水標準采用 50年一遇（ P=2%），相應洪水流量 Q=4960m3/s；校核洪水 500 年一遇（ P=%），相應洪水流量 Q=7460m3/s；副廠房、開關(guān)站、進廠交通建筑物的設計洪水標準為50 年一遇（ P=2%），校核洪水標準為 200 年一遇（ P=%），相應洪水流量為Q=6470m3/s；泄洪沖砂消能防沖洪水標準為 30 年一遇（ P=%），相應洪水流量為 Q=4410m3/s。 31 西華 大學畢業(yè)設計說明書 5 樞紐布置 工程樞紐總布置 樞紐總布置的原則是，根據(jù)地形地質(zhì)條件以及河流特征，合理選定各建筑物的形式，在確保建筑物安全運行的基礎(chǔ)上，盡量力求運行、交通方便，節(jié)省工程量，降低工程投資。 馬邊河河流特點是河道狹窄、洪峰流量大，根據(jù)壩址區(qū)地形、地質(zhì)地貌特點，本階段進行了兩個樞紐布置方案的比較，即右岸泄洪方案和壩后廠房方案。右岸泄洪樞紐布置方案將電站主廠房布置在原河槽，利用右岸緩坡地形布置泄洪建筑物；壩后廠房樞紐方案將泄洪建筑物布置在原河槽，壩后右岸布置電站主廠房。 壩后廠房樞紐 布置方案 壩后廠房方案樞紐布置為：從左至右為左岸重力壩段、表孔泄洪壩段長、沖砂底孔壩段、廠房壩段及右岸重力壩段。 攔河壩為實體重力壩，左右岸擋水壩段各長 ，上游邊坡垂直，下游邊坡 1∶ ，壩頂高程 。 泄洪建筑物布置在主河道，由 4 個表孔溢流壩段和 1 個底孔沖砂壩段組成，表孔最大壩高 ，為壩體最高壩段， 4 個表孔溢流壩段長 ，孔口尺寸寬高 = ，下游采用鋼筋混凝土消力池底流消能。排砂孔壩段緊鄰表孔溢流壩段右側(cè)布置，長 ，孔 口尺寸寬高 = ，采用底流消能。 電站引水發(fā)電系統(tǒng)緊靠沖砂孔壩段右側(cè)布置，由進水口壩段、壓力鋼管及電站廠房、尾水渠、開關(guān)站等建筑物組成。進水口壩段長 ，共分 2 個壩段，最大壩高 ，壓力鋼管采用明管，內(nèi)徑為 ，引水方式為單機單管。廠房布置在右岸岸邊，廠內(nèi)安裝 2 混流式水輪發(fā)電機組，總裝機 51MW，開關(guān)站布置在主廠房上游側(cè)，副廠房布置在主廠房下游右側(cè)。 32 西華 大學畢業(yè)設計說明書 6 引水隧洞的設計 洞徑的計算 洞身橫斷面的合理尺寸應根據(jù)流量要求、作用水頭及縱剖面布 置情況選定，本工程引水隧洞的洞身斷面的形式為圓形。本工程的引水隧洞采用的是有壓引水隧洞 ,故可以將隧洞的斷面設置為圓形。在求隧洞洞徑時采用的是如下公式：A=Q/V。其中 Q是隧洞的設計引用流量，是已知的。而 V 是隧洞的經(jīng)濟流速，它的范圍一般在 — ，在本工程中取為 。這樣就可以求出隧洞的斷面面積。 計算公式： A=Q/V Q—— 設計引用流量，為 sm/189 3 ； V—— 經(jīng)濟流速，在 — , 本工程中取 。 mA ?? 因為隧洞為圓形斷面 ,所以 : mAR ??? ? 實際斷面半徑為 行進流速 V= smAQ / 1892 ??? 洞線的選擇 隧洞路線的選擇應該遵循以下原則： 1 隧洞的路線應盡量避開不利的地質(zhì)構(gòu)造 ,圍巖可能不穩(wěn)定及地下水位高、滲 33 西華 大學畢業(yè)設計說明書 水量豐富的地段 ,以減小作用于襯砌上的圍巖壓力和外水壓力。 2 洞線在平面上應力求短直 ,這樣既可減小工程費用 ,方便施工 ,且有良好的水流條件。若因地形、地質(zhì)、樞紐布置等原因必須轉(zhuǎn)彎時 ,應以曲 線相連。 3 隧洞應有一定的埋藏深度 ,包括洞頂覆蓋層厚度和旁山隧洞靠邊坡一側(cè)的巖體厚度。 4 隧洞的縱坡 ,應根據(jù)運用要求 ,上下游銜接 ,施工和檢修等因素綜合分析比較后確定。 5 對于長隧洞 ,選擇洞線時還應注意利用地形、地質(zhì)條件 ,布置一些施工支洞 ,斜井、豎井、以便增加工作面 ,有利于改善施工條件 ,加快施工進度。 結(jié)合以上原則，并根據(jù)本工程的地質(zhì)實際情況，洞線布置如下： 在樁號為 0+ 處設置引水隧洞的進水口的軸線，從該樁號開始隧洞路線為直線，到樁號為 0+ 處設置一 上凸 轉(zhuǎn)彎，轉(zhuǎn)彎半徑 R=35m，轉(zhuǎn)角 為 45度。 立即設置另一下凹轉(zhuǎn)彎與之相銜接 ，轉(zhuǎn)彎半徑 R=35m，轉(zhuǎn)角也為 45 度 , 到轉(zhuǎn)彎處的末端即樁號為 0+ 隧洞路線又按照直線布置，隧洞的縱坡坡降為%，隧洞路線的具體布置請參照湖南鎮(zhèn)水利樞紐布置圖。 進水口的布置與設計 進水口位于輸水系統(tǒng)的首部 ,其功能是按照負荷要求引進發(fā)電用水。有壓進水口通常由進口段、閘門段和漸變段組成。本工程采用的有壓進水口的主要的型式為洞式進水口。 洞式進水口的主要特點如下： 洞式進水口的進口段和閘門井均從山體中開鑿而成。進口段開挖成喇叭形，以使入水平順。閘 門段經(jīng)漸變段與引水隧洞銜接。這種進水口使用于隧洞進口的地質(zhì)條件較好，地形坡度適中的情況。當?shù)刭|(zhì)條件不好，擴大進口和開挖豎井會引起坍方，地形過于平緩，不易成洞，過過于陡峭，難以開鑿豎井時，都不宜采用。洞式進水口充分利用了巖石的作用，鋼筋混凝土工程量較小，是一種既經(jīng)濟又安全的結(jié)構(gòu)形式，因而應用廣泛。 34 西華 大學畢業(yè)設計說明書 事故閘門與檢修閘門 進水口通常設置兩道閘門，即是事故閘門和檢修閘門。事故閘門一般為平面門，其斷面型式為矩形。檢修閘門設置在事故閘門之前，在檢修事故閘門及其門槽時用以堵水，一般采用靜水啟閉的平門板，其斷 面型式為矩形。 事故閘門與檢修閘門的面積為 倍的隧洞斷面面積。 22 mA ???? A —— 事故閘門與檢修閘門的面積。 取事故閘門與檢修閘門的高度為 米，寬度為 米。 進水口高程的驗算 臨界淹沒深度的計算： 有壓進水口應低于運行中可能出現(xiàn)的最低水位 ,并要有一定的淹沒深度。淹沒深度的計算按照戈登公式求解，根據(jù)水電站 [7]公式可知 戈登公式為： dCVScr ? crS — 臨界淹沒深度； C — 與進水口形狀有關(guān)的系數(shù)，在本工程中取 ； V — 閘門斷面的水流速度。 smAQV / 189 ???? ； d — 閘門孔口高度，為 米。 mdCVS cr ????? 。 水庫靜水位為 468 米， 洞底高程 為 451m， 孔口高程 451+=。 臨界淹 沒深度的驗算： = mScr ?? ， 所以滿足要求 。 進口段、漸變段和閘門段的設計 進口段的作用是連接攔污柵與閘門段，根據(jù)水電站進水口設計規(guī)范 [8]，進口段 35 西華 大學畢業(yè)設計說明書 曲線方程為： 12222 ??byax a=(～ )D ~)~1( ??? ，取 9m； b=(1/3～ 1/4)D ~)4/1~3/1( ??? ,取 。 漸變段是由矩形閘門到圓形隧洞的過渡段，它的長度計算如下： 米，取 1317~)~()~( mDL ????? 閘門段的體型主要取決于所采用的閘門和門槽的型式及結(jié)構(gòu)的受力條件。啟閉機高程的計算： ??啟 h??校 啟? — 啟閉機高程 校? — 校核洪水位，為 米 h — 壩頂超出水庫靜水位的高度，為 米 ??啟 mh 8 3 7 3 7 2 ????? 校 檢修閘門與事故閘門寬度與深度的計算